引領(lǐng)我國工業(yè)電器行業(yè)智能化技術(shù)發(fā)展

——記西安交大國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任王建華教授和他帶領(lǐng)的科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)

　　2009年1月9日，一條激動人心的消息，從北京人民大會堂傳來：“智能化電器的理論、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究”榮膺2008年國家科技進(jìn)步二等獎。

　　從20世紀(jì)90年代開始的一次科學(xué)之旅，經(jīng)歷了淬火涅槃之后，終于厚積薄發(fā)，凝練出了碩果。

　　攻城略地，交叉領(lǐng)域集成創(chuàng)新

　　開關(guān)電器是工業(yè)電器的主要組成部分，也是電力系統(tǒng)中最重要的保護(hù)設(shè)備。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對開關(guān)電器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性和自動化程度提出了更高要求。然而，由于傳統(tǒng)電器無法感知其運(yùn)行過程中的故障類型，也不具備思維、判斷和基于故障特征的智能操作等功能，因此難以適應(yīng)現(xiàn)代電器工業(yè)發(fā)展的需求。

　　“智能化電器屬于電器和電子信息交叉領(lǐng)域。它融合了現(xiàn)代電器理論與電子信息技術(shù)，是開關(guān)電器適應(yīng)現(xiàn)代電器工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，在電力、石油、煤礦等工業(yè)領(lǐng)域需求廣泛。因此，智能化電器的研究和應(yīng)用是提高供用電系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)水平的關(guān)鍵，涉及的學(xué)科多、系統(tǒng)復(fù)雜、技術(shù)難度大，僅美、德等少數(shù)發(fā)達(dá)國家的跨國公司掌握部分核心技術(shù)?！蔽靼步煌ù髮W(xué)電力設(shè)備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任王建華說。

　　為打破這一壟斷，在我國電器研究領(lǐng)域擁有雄厚技術(shù)實(shí)力和悠久歷史的西安交通大學(xué)，聯(lián)合行業(yè)知名研究所和生產(chǎn)企業(yè)，形成產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合體，吐故納新，集成聚合，從1996年起，在國家自然科學(xué)基金、國家科技攻關(guān)計(jì)劃等項(xiàng)目資助下，率先提出“智能化電器”的概念，并確定了智能化電器所涉及的基本理論、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用范圍。項(xiàng)目組很快確定了研發(fā)“路線圖”：不僅要突破國外核心技術(shù)封鎖，還要研發(fā)智能化電器領(lǐng)域最前沿的智能操作技術(shù)。

　　他們首先從智能化電器理論研究入手，在國際上率先提出了基于運(yùn)行狀態(tài)和開關(guān)電弧特征的智能操作概念，制定了與智能化電器所服役環(huán)境和自身性能相適應(yīng)的智能操作模式；建立了智能化電器的多體動力學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)了在線運(yùn)行條件下電器的劣化規(guī)律。

　　在理論研究的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目組攻城略地，提出并攻克了實(shí)現(xiàn)智能化電器操作和可靠運(yùn)行的一系列關(guān)鍵技術(shù)。他們先后發(fā)明了具有根據(jù)環(huán)境和工況自適應(yīng)控制的高低壓智能化電器的智能操作技術(shù)，智能化電器實(shí)現(xiàn)過程中的現(xiàn)場信號提取、分析及狀態(tài)檢測技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)對這些技術(shù)的系統(tǒng)集成，項(xiàng)目組還發(fā)明了智能化電器專用集成電路的可重構(gòu)硬件設(shè)計(jì)平臺，以及可以滿足不同功能需求的智能化電器專用芯片，不但實(shí)現(xiàn)了智能化電器的在線狀態(tài)檢測，而且還滿足了不同保護(hù)對象、不同智能操作、不同保護(hù)條件下的應(yīng)用要求。

　　辛勤耕耘終于換來了收獲的喜悅。項(xiàng)目歷時(shí)12年，不但建立了產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合體，全面研究并實(shí)現(xiàn)了智能化電器的感知、思維判斷功能以及智能操作功能，而且開發(fā)了系列產(chǎn)品并得以推廣應(yīng)用，為引領(lǐng)和推動國內(nèi)智能化電器產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用，起到了不可替代的作用。

　　10余年間，項(xiàng)目組先后發(fā)表相關(guān)論文119篇，SCI、EI收錄78篇，出版專著2本，申請發(fā)明專利13項(xiàng)，已授權(quán)9項(xiàng)，獲軟件著作權(quán)5項(xiàng)，獲得陜西省科技進(jìn)步一等獎。

　　而對于這一項(xiàng)目的最后鑒定，專家們得出的權(quán)威結(jié)論，同樣令人歡欣鼓舞：項(xiàng)目整體技術(shù)處于國際先進(jìn)，部分達(dá)到國際領(lǐng)先。

　　“市場是檢驗(yàn)技術(shù)和產(chǎn)品優(yōu)劣的試金石。我們利用這些研究成果，與電器行業(yè)的知名研究所、企業(yè)展開了廣泛合作，先后開發(fā)了16個系列50余種型號的智能電器產(chǎn)品。通過國家權(quán)威機(jī)構(gòu)的檢測，這些產(chǎn)品的性能均達(dá)到國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，其中列入國家重點(diǎn)新產(chǎn)品兩項(xiàng)，國家級火炬計(jì)劃兩項(xiàng)?！蓖踅ㄈA說。

　　據(jù)研究團(tuán)隊(duì)核心成員、長江學(xué)者榮命哲介紹：“一是自主調(diào)控與適應(yīng)。如環(huán)保節(jié)能，采用智能操作理論開發(fā)的智能接觸器，可以自動適應(yīng)電網(wǎng)狀態(tài)，大幅度減小閉合噪音，降低能耗達(dá)93%%，符合國家倡導(dǎo)的節(jié)能減排政策。二是智能感知與診斷。如開發(fā)的系列具有狀態(tài)監(jiān)測能力的智能化電器，可以極大提高電力設(shè)備的可靠性，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。三是強(qiáng)大的信息交互能力。本項(xiàng)目開發(fā)的智能化電器系列產(chǎn)品都具備信息交互能力，可以方便地組成控制網(wǎng)絡(luò)，這就為構(gòu)建電力自動化系統(tǒng)、用電管理自動化系統(tǒng)打下很好的基礎(chǔ)?！?/P>

　　如今，智能化電器系列產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大批量生產(chǎn)，打破了國外產(chǎn)品的長期壟斷，在20余個省市得以推廣應(yīng)用，并拓展應(yīng)用到國防領(lǐng)域。據(jù)測算，該系列產(chǎn)品近3年累計(jì)新增產(chǎn)值23.71億元，新增利稅4.54億元。今后，成果還可應(yīng)用于石油、煤礦和化工等行業(yè)，潛在效益巨大。

　　為擴(kuò)大和增強(qiáng)我國智能化電器產(chǎn)品的影響力和競爭力，依托電力設(shè)備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，該研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)起成立了中國電工技術(shù)學(xué)會電器智能化系統(tǒng)及應(yīng)用專委會，王建華教授擔(dān)任主任委員，研究團(tuán)隊(duì)核心成員耿英三教授擔(dān)任秘書長；研究團(tuán)隊(duì)還先后舉辦國際和國內(nèi)學(xué)術(shù)會議12次，引領(lǐng)和推動我國該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。

銳意創(chuàng)新，咬定青山不放松

　　電氣工程一直是西安交通大學(xué)的傳統(tǒng)優(yōu)勢學(xué)科，但在歷史的發(fā)展中，也經(jīng)歷了起伏。為尋找傳統(tǒng)優(yōu)勢學(xué)科的提升途徑，上世紀(jì)90年代初期，王建華開始將目光瞄準(zhǔn)了國內(nèi)尚為空白的“智能化電器”領(lǐng)域。

　　“學(xué)科發(fā)展到一定程度后，就必須開拓新的研究方向，否則必然要衰弱，不能始終保持領(lǐng)先地位。也正因如此，我們才在國內(nèi)率先提出了智能化電器研究這個方向。”耿英三對記者說，“這個方向開展以后，學(xué)科開始邁上了一個新臺階?！?/P>

　　從一開始專家同行們的懷疑到備受業(yè)界人士的關(guān)注，從艱苦寂寞的探索起步到如今的業(yè)內(nèi)領(lǐng)軍，一切的努力都來源于“創(chuàng)新”二字。

　　多年來，在繁重的行政工作之余，王建華總是千方百計(jì)地?cái)D出時(shí)間親歷親為，為智能化電器行業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展殫精竭慮，出謀劃策。

　　“學(xué)科發(fā)展的大局觀就是‘瞻前顧后，左顧右盼’。就是看一些技術(shù)或產(chǎn)品，通過什么樣的方法能夠使它們結(jié)合、創(chuàng)新、提高?！扒啊褪怯惺裁捶椒ㄎ覀冞€沒有用過，‘顧后’就是看看曾經(jīng)有什么是可以用的。‘左顧右盼’就是看看其他學(xué)科有沒有新的成就是可以用的，借鑒一下，進(jìn)行學(xué)科交叉，但是自己的學(xué)科不能丟，必須花時(shí)間去想。”王建華說。

　　“在智能化電器研究方面，我們就要求研究人員把電器本身的性能做好。在研究中首先考慮基本理論，研究電器的智能控制。同時(shí)對電器的基本原理必須有新的認(rèn)識。在這個系統(tǒng)中間，開關(guān)是一個龐然大物，在開合之間產(chǎn)生著巨大的能量。過去，就是用一個操作機(jī)構(gòu)來拉開或者合上。而在智能控制條件下，拉開的過程究竟是怎么進(jìn)行的？這個問題的理論研究就跟電弧過程、機(jī)械特性綁在了一起。通過研究，我們發(fā)現(xiàn)原來可以有更好的辦法實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵是過去的技術(shù)沒有辦法達(dá)到，現(xiàn)在就可以用信息控制的技術(shù)來達(dá)到很好的效果。這就是智能化。”王建華說。

　　“王建華的創(chuàng)新能力很強(qiáng)。他勇于創(chuàng)新，善于創(chuàng)新。對于看好的研究方向，特別執(zhí)著。”榮命哲說,“到了現(xiàn)在，我們還在這個領(lǐng)域中不斷創(chuàng)新。在電弧等離子體應(yīng)用領(lǐng)域，我們就提出在國防、材料處理方面進(jìn)行應(yīng)用?，F(xiàn)在也凝聚了團(tuán)隊(duì)，培養(yǎng)了人才，科研氛圍非常好?！?/P>

　　研究團(tuán)隊(duì)骨干成員張國鋼博士還記得在2005年，大家在一起討論一個不是非常突出的項(xiàng)目：交流接觸器的智能控制?！爱?dāng)時(shí)我們覺得這個項(xiàng)目也就能做成一個和企業(yè)合作的很小的課題。王建華聽完后，就把我們幾個老師留下來。他說這個方向非常好，能和國家整個節(jié)能、節(jié)材這方面的發(fā)展方向結(jié)合起來。他覺得很有希望，當(dāng)時(shí)就說想把這個工作繼續(xù)下去，后續(xù)想做成一個產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目?！焙髞?，該項(xiàng)目作為全省重大產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目立項(xiàng)，現(xiàn)在已經(jīng)取得成功。專家預(yù)測，如果能在國內(nèi)推廣開來，每年可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益十幾億元，節(jié)能節(jié)材效果相當(dāng)顯著。

　　創(chuàng)新，在課題組里無處不在。無論是在學(xué)術(shù)方向探究、學(xué)科領(lǐng)域擴(kuò)展還是在人才培養(yǎng)方面，這里都像一只勇往直前的航船，在求新求變的海洋中乘風(fēng)破浪。

教學(xué)和科研珠聯(lián)璧合，雙輪驅(qū)動

　　在這里，教學(xué)和科研是相互促進(jìn)的。經(jīng)過長期的實(shí)踐和探索，他們走出了一條教學(xué)與科研雙輪驅(qū)動，比翼齊飛，珠聯(lián)璧合，相互促進(jìn)的良性發(fā)展之路。

　　“我們的特色就是把科研和教學(xué)相結(jié)合，以科研促進(jìn)教學(xué)。”榮命哲教授自豪地說。

　　“我們很重視把智能化電器方面的科研成果及時(shí)運(yùn)用到教學(xué)中，也很重視在研究生培養(yǎng)方面開展課程改革。我們從2003年開始，就開設(shè)了智能化電器關(guān)鍵技術(shù)這門研究生課程。項(xiàng)目組的各位老師，雖然都在搞科研，但是作為教師，我們是很樂意、也很重視把科研工作跟本科教學(xué)、研究生教學(xué)結(jié)合起來，而且投入很大精力去做這個工作?！毖芯繄F(tuán)隊(duì)核心成員宋政湘教授對記者如是說。

　　“智能化電器領(lǐng)域的研究，要求學(xué)生不僅具備電器設(shè)備方面的知識，還要有信息方面的基礎(chǔ)知識。所以前幾年，在這個方面綜合能力培養(yǎng)的課程就開得非常多?！惫⒂⑷f，“我們的學(xué)生，在智能化、自動化方面的開發(fā)能力是很強(qiáng)的。在智能電器專用集成電路的研究方面，核心技術(shù)都是自己開發(fā)出來的。研究生們畢業(yè)以后留下來做這方面的工作。從開始到現(xiàn)在，這個研究方向培養(yǎng)出64名研究生，其中博士生近20名，特別是一大批中青年人才快速成長，已成為重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的學(xué)術(shù)帶頭人和骨干，研究團(tuán)隊(duì)成員中有國家百千萬人才工程入選者1名，“長江學(xué)者獎勵計(jì)劃”特聘教授1名，教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才培養(yǎng)計(jì)劃”獲得者兩名。

　　“我們當(dāng)時(shí)畢業(yè)的好幾個博士生，現(xiàn)在基本上都在國內(nèi)重要開關(guān)電器企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)擔(dān)任要職。”說起實(shí)驗(yàn)室里的人才培養(yǎng)，耿英三如數(shù)家珍，竹筒倒豆一樣給記者詳數(shù)起課題組的做法。

　　作為實(shí)驗(yàn)室主任和學(xué)科帶頭人，王建華十分注重研究過程中的育人功能。他要求基本教育環(huán)節(jié)必須要扎實(shí)，學(xué)生必須要勤奮踏實(shí)，導(dǎo)師必須要不斷指導(dǎo)和督促。要善于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，以及對新東西新方法的敏感性和發(fā)現(xiàn)力。在這里，研究生的培養(yǎng)率先采取了集體導(dǎo)師的做法，并且充分發(fā)揮了博士生的作用。博士生們可以帶領(lǐng)一個科研小組，按照導(dǎo)師要求，制定研究計(jì)劃并決定一些課題經(jīng)費(fèi)的使用，極大地調(diào)動了學(xué)生的積極性。

　　在課題組的師生之間有一個學(xué)術(shù)研討會。學(xué)生們講，老師們評論，漸漸地形成了“只認(rèn)真理不認(rèn)人”的氛圍。有的時(shí)候會因?yàn)橐粋€論題“吵”得面紅耳赤，但是大家卻很投入很高興。

　　“不同研究方向的學(xué)生之間，包括老師之間，要經(jīng)常進(jìn)行定期討論，效果非常好。因?yàn)檠劢玳_闊了，我們的研究生找工作非常方便，非常容易，工作崗位也比較好。而且還經(jīng)常會出現(xiàn)一些情況，就是學(xué)生找的工作跟他在學(xué)校期間做的工作不完全一致，但是企業(yè)也愿意接受他。因?yàn)樗谡n題組里面對各方面的研究工作都有了解，有基礎(chǔ)，很容易適應(yīng)需求。”榮命哲說。

和諧團(tuán)隊(duì)，安放心靈的港灣

　　任何優(yōu)秀成果的取得，如果沒有一支特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能奉獻(xiàn)的團(tuán)結(jié)協(xié)作的人才隊(duì)伍，就等于癡人說夢，紙上談兵。

　　在電力設(shè)備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，就活躍著這樣一批特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能奉獻(xiàn)的具有團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神的科研尖兵。借助電力設(shè)備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供的國際先進(jìn)的研究條件，形成了以王建華為學(xué)術(shù)帶頭人，長江學(xué)者和新世紀(jì)人才為核心的電器領(lǐng)域創(chuàng)新型研究團(tuán)隊(duì)。他們不分節(jié)假寒暑，不計(jì)個人得失，日復(fù)一日，年復(fù)一年，在艱苦的科研戰(zhàn)線上，默默無聞地探索著、拼搏著、奉獻(xiàn)著，用對事業(yè)的執(zhí)著追求書寫著人生的價(jià)值和輝煌。

　　“我們這個團(tuán)隊(duì)是一個非常有特色的團(tuán)隊(duì)。它之所以能夠獲得國家大獎，首先是學(xué)術(shù)帶頭人發(fā)揮了不可替代的作用。他的創(chuàng)新思維，對學(xué)科發(fā)展的戰(zhàn)略思考，以及他的包容胸懷，把具有各種特點(diǎn)和特長的人融合在一起、凝聚在一起，這點(diǎn)是非常重要、非常了不起的?！睒s命哲說。

　　在不久前的國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室評估中，專家們都夸贊實(shí)驗(yàn)室團(tuán)結(jié)協(xié)作，發(fā)展得很快。他們認(rèn)為這與實(shí)驗(yàn)室主任包容的胸懷和考慮問題的高瞻遠(yuǎn)矚有很大的關(guān)系。

　　在記者走訪課題組期間，教師們提到的最多的就是這里的“開放”和“自由”?！拔覀冊诟阊芯康臅r(shí)候，都是帶著一種樂趣和興趣在做事情，所以我們從來不覺得痛苦、不覺得枯燥?！币晃焕蠋熑缡钦f。

　　“從一開始接觸智能化電器，雖然國內(nèi)沒有先例，但因?yàn)檫@是一個很新的領(lǐng)域，大家都很感興趣。碰到困難解決不了的話，大家都會全身心投入進(jìn)去。譬如我晚上編軟件，調(diào)程序的時(shí)候，燒一壺水放上去，可一調(diào)軟件就忘掉這事了，把水燒干了都不知道。第二天早上一看，壺底已經(jīng)沒了。”耿英三說。

　　項(xiàng)目組對青年教師的培養(yǎng)非常重視，也給予了很大的發(fā)展空間。項(xiàng)目組的教師們互相支持彼此的發(fā)展規(guī)劃、聯(lián)系項(xiàng)目，互通有無。

　　“在生活上，課題組對我也很關(guān)心，不管是個人問題，還是住房問題，都給了我很大的關(guān)心和幫助。我覺得我們課題組的氣氛非常團(tuán)結(jié)、和睦。這種關(guān)系很融洽，是安心做好事業(yè)的強(qiáng)大基石。”宋政湘說。